短天线Q值测定，各种测试数据表明，高Q才能换来高灵敏度

xjw01

一、短天线的Q值
取一段1平方毫米的铜电线，带皮，长度85cm。
取一个Q值为750左右的线圈。

测试前，Q表接入大地

1、线圈接入Q表，可变调至最大，按7键扫频谐振，连按下两次4键，得电感量为176.4uH，主调电容为C1=512.4pF，Q=153.9*5=770，谐振频率为529k
2、短天线接到主可变的热端，可变容量保持不变，按7键扫频谐振，电容值为C2=520.5.4pF，Q=146.6*5=733

因此，短天线的天地间电容为 C0 = C2-C1 = 520.5-512.4 = 8.1pF
C0的容抗是：Z0 = 1/(6.28*f*C0) = 37.2k

线圈谐振阻抗是：R1=6.28*f*L*Q1 = 6.28*176.4*0.529*770 = 451k
并联天线后的谐振阻抗是：R2=R1*Q2/Q1 = 451*733/770 = 429k
C0的谐振电阻是：R0 = R1*R2/(R2-R1) = 8795k
天线Q值：Q0 = R0/Z0 = 8795/37.2 = 236
天线串联阻抗：R00 = Z0/Q = 37.2/236 = 157欧


二、长天线

布了一条线，长度可能是30米左右，平放在楼顶

取一个电感，在Q表中测得电感量是L=35uH
取一个标称4.7nF的涤纶电容，并联在主可变上，主可变调至最大，
并联涤纶电容，测得总容量是C1=5040pF
再并入天地线，待测总容量是C2

利用Q表扫频，得到L与C1的谐振频率是f1=378kHz，Q1=33.2
利用Q表扫频，得到L与C2的谐振频率是f2=361kHz，Q2=21.0
由(f1/f2)^2 = C2/C1，得C2/C1=1.0967，
所以天线电容 C0 = C2-C1 = C1*(C2/C1-1) = 485pF

与L与C1的并联谐振阻抗是 R1 = 6.28*f1*L*Q1 = 2.76k
与L与C2的并联谐振阻抗是 R2 = 6.28*f2*L*Q2 = 1.67k
谐振时，C0的并联损耗是  R0待计算
因为f1与f2比较接近，所以认为f1变至f2，L与C1的损耗不变，因此有：
R2 = R1//R0
即R0 = R1*R2/(R2-R1) = 4.23k
天线的容抗 Z0 = 1/(6.28*f2*C0) = 0.91k

天线的Q值：Q0 = R0/Z0 = 4.65
天线串联阻抗：R00 = Z0/Q = 0.91/4.65 = 196欧

这个破天线，Q值太低

三、两种线的对比
基于以上比较准确的数据，可以得到以下结论

1、天线越长，有效高度越大，得到的电波信号电动势越大
2、两种天线的串联等效电阻差不多，约在170欧左右，均比理论辐射电阻大了很多很多倍，那170欧，基本上全部是损耗电阻。
3、两种天线的等效串联电容相差很多倍，一个是485pF，一个是8.1pF，相差60倍，主要是因为它们的长度相差了几十倍。
4、两种天线作为电波信号源，均可使用恒压源等效，也可使用恒流源做等效变换。
5、当容抗部分与矿机电路的感抗部分谐振后，信号源纯阻部分（约170欧）负载相等，实现了阻抗匹配，负载得到最大功率。
6、由第1和第6点，其实已经很清楚的看到，在阻抗匹配以后，长天线得到的电动势的路端输出更大，且与等效高度成正比。
7、短天线，不但阻抗高，而且Q值高，只有采用超高Q值的线圈，才有办法与之实现阻抗匹配，使用Q=800的线圈，根本无法写之实现阻抗匹配
8、进一步推算，中等长度的天线，同样要求高Q线圈，才能实现阻抗匹配。
9、用高Q线圈对长天线进行阻抗匹配，可以使谐振电压更高，有利于二极管检波。
10、测定长天线分布电容时，使用较低频率测定，减小导线电感的影响。实际应用中，长天线也是工作在中波段，容抗没有那么小，要大一些。

四、最后结论
1、不管长天线还是短天线，Q值总是越高越好，短天线，更加要求高Q线圈的应用。
2、Q表是测量电抗元件的工具，对各种自制的中波天线依然有效。它可为矿机制作提供参考数据。

[ 本帖最后由 xjw01 于 2011-1-16 20:18 编辑 ]

L.D.XIONG

好实验，宝贵资料！

60年代的爱好者

有理论，有实验，很说明问题。

xjw01

刚才在网络上查了一个电台的测量数据，比对了0.1波长时的情况：
我的天线30米，对应1MHz时的0.1波长，在0.38MHz时，容抗910欧（接地用了一个2.2nF的电容，所以容抗偏小），再去除30uH的天线电感，实容抗应在1000欧），在1MHz时，估计也只有1000/2.5=400欧以下了，如果考虑天线电感的影响，电抗分量也只有100至200欧，这个值与电台的值相接近。

输入电阻在0.37MHz时，是200欧，到了1MHz，估计要变成200欧以上了
电台的天地线，在0.1波长时，输入电阻小于10欧。
看来，接地电阻问题一地要解决，查了电台的实测资料，单根接地与布下120根150米地线放射网的地线，0.1波长时，效率相差15倍，前者的功率效率6%，后者93%，前者把93%的能量损耗了，后者基本把有功能量辐射出去了。
而自制的天线，连6%的能量都没有，还要比这个小许多倍。自制的地线系统，高频接地电阻及其它损耗太大了(我的200欧以上的)。与零点几欧或几欧的辐射电阻没有可比性。


自制的天线，效率居然与电台相差了几十倍，甚至几百倍。

心想，玩高Q，还不如想办法把天线的效率搞上去。要不然，几十米的天线，效果却比大环好不了多少倍。

由于Q表的信号太小，测量天线的电抗，总是受电波严重干扰，力不从心。正想设计一个高功率的信号发生器来测量天线。

[ 本帖最后由 xjw01 于 2011-1-17 07:09 编辑 ]

cph924

这样的贴子太好了 有实践，有理论，有分析，关键是有思想。
向你学习！学习！

阿里巴巴

与之匹配的负载电阻也只有是75欧姆才能获得最大的功率
在此时此刻,空载Q值哪怕是10000槽路,又能比空载Q值为150的普通槽路提高几倍效率呢?

阿里巴巴

个人以为,要想提高效率,最直接的办法是用空载Q值为150的LC网络在有载Q值为12左右时将天线的阻抗调谐到与负载匹配的阻抗

quanzx

看了半天，原来还是天线是关键。再好的矿机，没有足够的信号强度也没用。

xjw01

原帖由 阿里巴巴 于 2011-1-17 11:25 发表
与之匹配的负载电阻也只有是75欧姆才能获得最大的功率
在此时此刻,空载Q值哪怕是10000槽路,又能比空载Q值为150的普通槽路提高几倍效率呢?

具体计算我就不写了，以下只是说明一个原理：
第一点：
如果耦合采用10圈，实现您所述的75欧匹配，现在把Q值提升4倍，使用5圈就实现匹配。电压就提升了2倍，这对二极管检波是十分有利的。
二极管工作于平方检波区，高电压可得到高效率。
第二点：
用高Q的LC，查以提高选择性，更充分的提取小信号，防止干扰。您就会接收到更多电台。

没有高Q，30米长的天线随便乱接的天线，又不考虑Q值，不一定比得上优质大环。

xjw01

当然，我们的耳机灵敏度不太够，常常使用大信号检波才能听到声音，这种情况下也许就不觉得Q值有多重要，只会学得Q值高，选择性好。现在电磁环境差，高Q换来的效益打折很多。

xjw01

原帖由 quanzx 于 2011-1-17 11:58 发表
看了半天，原来还是天线是关键。再好的矿机，没有足够的信号强度也没用。

高增益的天线，是矿机的关键。信号太弱，什么都免谈。

xjw01

昨天使用长波段测量，受到干扰，测值不准。
今天改进，直接使用中波段，并尽量消除干扰。
当然，改进以后，还是受到不少的电波干扰。

这个天线，在中波段，谐振电阻比较小。

布了一条线，长度可能是30米左右，平放在楼顶

取一个电感，在Q表中测得电感量是L=3uH，它是用FM波磁环绕制的，Q值高。要求这个电感在中波段的Q值要大一些，Q小于40不可行。
取一个14.3nF的涤纶电容，并联在主可变上，主可变调至最大，
并联涤纶电容，测得总容量是C1=14.8nF
再并入天地线，待测总容量是C2

利用Q表扫频，得到L与C1的谐振频率是f1=756.8kHz，Q1=33.1
利用Q表扫频，得到L与C2的谐振频率是f2=740.2kHz，Q2=24.5
由(f1/f2)^2 = C2/C1，得C2/C1=1.04536，
所以天线电容 C0 = C2-C1 = C1*(C2/C1-1) = 644pF

与L与C1的并联谐振阻抗是 R1 = 6.28*f1*L*Q1 = 472欧
与L与C2的并联谐振阻抗是 R2 = 6.28*f2*L*Q2 = 342欧
谐振时，C0的并联损耗是  R0待计算
因为f1与f2比较接近，所以认为f1变至f2，L与C1的损耗不变，因此有：
R2 = R1//R0
即R0 = R1*R2/(R2-R1) = 1242
天线的容抗 Z0 = 1/(6.28*f2*C0) = 344

天线的Q值：Q0 = R0/Z0 = 3.61
天线串联阻抗：R00 = Z0/Q = 344/3.61 = 95欧

[ 本帖最后由 xjw01 于 2011-1-17 14:27 编辑 ]

xjw01

注意：
本次测量，在我这里，电波干扰不大，以上测量还是比较准确的。
上面的计算过程中，天线电容的计算值是644pF，实际值没有这么大，这里因为30米天线，导线电感还没有归算。

这种天线，导线电感如果按1uH计算，30米长的导线，会形成30uH的电感。
分布电容可理解为均匀分布在这30uH电感，而不是持接在电感的末端，所以有效感抗没有达到30uH的电感效果，大约取20uH即可。
20uH产生的感抗是 6.28*0.75*20 = 94欧，所以天线的电容产生的容抗应为344+94 = 438欧，对应的C0应为505pF
当然，此天线在0.75MHz时，电抗特性还是Xin=344欧，电阻Rin=95欧

L.D.XIONG

小许算一下我的天地线：378K-Q=34.1，361K-Q=36.2，L=35μΗ，并电容47OOP，可变480P，C2/C1=1.023。

xjw01

天铁架式中波发射塔的测量值比较，本天线Rin=95欧，电台铁塔高度在0.075波长时，Rin小于10欧的，还相差很远。
本天线的电抗Xin=344欧，也比铁塔多了一倍。意味着存在更多的不必要加感线圈与天线的能量效换，不过接收机不再乎这一点能量效换，不怕绕毁放大器。